光以太网弹性分 环技术

上海贝尔传输网络事业部 黄峰

　　光以太网提出的背景

　　IP数据业务的快速发展，使以太网局域网飞速发展，这就需要一个高速的MAN或WAN把它们连接起来，很多厂商提出了IP over ATM或IP over SDH的方案，利用的协议有MPoA和PoS，但是它们都有一个缺点，就是当第2层的服务进入第1层的WAN结构时，它们的带宽是静态分配的，这样带宽的利用率不高。一个好的解决方法是采用光以太网RPR技术（Optical Ethernet RPR），它使RPR环上的设备共享环上的所有或部分的带宽。

　　以太网IP数据采用尽力传送的机制，是现在广泛采用的局域网技术，具有很好的扩展性，很适应现在的突发性数据业务，但是，QoS没有保障，保护倒换的能力也很差。SDH设备具有小于50ms的倒换时间，有多种保护方式，具有良好的QoS，但是SDH采用的是固定传送带宽，传送IP数据业务的效率不高，造成很大的浪费，SDH对数据业务的传送不是最佳的选择。

　　光以太网RPR综合了以太网和SDH的优点，它定义了一个独立的物理层——弹性分组环媒介访问控制层，该标准将帮助网络设计者设计网络时不必依赖特定厂商的设备，该标准将给各个厂商提供互通性，从而增加竞争，降低用户的投资。它提供了一个双环结构，在环上传送反方向的信号，并提供保护，它解决城域网中大量使用的环技术中的多业务传输问题，而以太网解决了点到点传输的问题。

　　弹性分组环

　　弹性分组环（RPR）就是要在城域网和广域网中提出一个新的媒介访问控制层，以延伸现在广泛采用的以太网。它在终端用户服务方面和以太网协议兼容，RPR补充终端用户以太网业务，它提供一个有效的传输协议，使多位用户的以太网原始数据在城域网上传输。RPR标准提供：

* 空间重用（spatial reuse）：允许多个信息在环上同时发送。

* 当环或节点失效时，高速度的网络恢复（小于50ms）。

* 在单个光通道上通过统计复用有效地利用光纤带宽，为不同业务动态地分配带宽。

* 提供基于分组交换的网络，对面向连接的电路交换业务进行简化和降低成本。

　　RPR是一个高效的优化协议，可以在环网上传输IP数据业务，同时提供小于50ms的保护倒换。RPR将充分应用到城域网和广域网中，提供高速、可靠的园区网和数据中心的连接。RPR还可以运行在SDH上，RPR MAC和第1层是独立的，它可以在标准的以太网物理层和SDH帧传输上运行。RPR一个很大的应用就是应用在SDH环物理层上，另一个就是以太网物理层。RPR对SONET/SDH是一个补充，SONET/SDH分为独特的两层：静态的时分复用层和监视映射层。RPR用统计的分组交换代替静态的时分复用，用于控制从环或SDH传输层上的节点上下流量，同时提供小于50ms的恢复保护。

　　光以太网的关键技术

　　网络都有其物理结构和逻辑结构，物理结构的选择受到经济可行性的限制，而逻辑结构的选择则要依赖其运行的业务。网络更需要一个弹性的逻辑结构，因为这样更有利于业务的运行，即要求在物理结构上自由选择逻辑结构。光纤环是一个非常有效的物理结构，而RPR就是在这种环上运行分组交换业务，它提供在这种环上选择所有逻辑结构的弹性。在电路交换中，每个电路的带宽是固定的，不可能根据业务的情况预先分配带宽，这样对于现在的数据业务，尤其是IP业务，利用率非常低，RPR通过分组的优先级动态地提供虚拟的带宽分配表，以便充分地利用带宽。RPR一个很大的优点就是有效的利用带宽，它采用以下技术：

　　统计的空间复用技术

　　RPR协议的主要特征是统计空间复用技术（Spatial Reuse），即空间的再利用能力，应用在环形的拓扑结构中增加环的传输效率。它容许信息在发送点和接收点沿着环双方向传送，并不利用环上其他段的带宽，在接收节点把信息从环上剥离下来，环上其他段的带宽可以被其他分组利用。接收点从环上剥离信息，和以前的基于环的协议如令牌环网、光纤分布数字接口（FDDI）不同，它会排除流量中被源节点占用的多余带宽，信息剥离后并不占用带宽。空间再利用的机制在城域网中是非常有用的，它大大提高了带宽的利用率和有效带宽。

　　环级汇聚

　　RPR第二个特征是环级汇聚（Ring-level Aggregation）而不是节点级的汇聚，宽环汇聚容许通过统计复用容纳更多的用户，提供统计的流量，容许高的带宽预定率。

　　拓扑的自动识别技术

　　在RPR环中，每个节点掌握着环的状态信息，在平时，节点没有任何拓扑更新的信息，当环初始化、新节点加入、环保护切换时，自动识别模式启动，节点触发器向环中的所有具有逻辑地址的节点发出Layer2消息，各个节点根据这个消息判断发生状态变化的节点和它的链路状态。这样在非常短的时间内，所有RPR环上的节点都收集到环的状态信息，其中包括在环的两个方向上到达另外节点需要的段数、环上每个光纤的状态。

　　消除备份带宽的技术

　　RPR为SDH传输提供了快速的保护和检测能力。另外，RPR提供这些能力时，并不需要额外的备份带宽，这点不同于SDH。这样可以节省环上50%的保护带宽备份。

　　多等级业务的保护机制

　　RPR非常适合在MAN和WAN的环境中提供业务保护。RPR在监控网络性能的同时，快速的恢复网络、保护倒换的时间小于50ms，类似SDH中的自动保护倒换。但和传统的时分复用的SDH不同，RPR不需要额外的备份带宽。 当故障发生时，节点根据状态信息（环的两个方向上到达另外节点需要的段数、环上每个光纤的状态）进行基于源路由的业务倒换。故障点两侧的节点向其他的节点广播故障信息，然后每个节点根据业务等级进行保护倒换。倒换的时间小于50ms，并依据新的拓扑结构图恢复保护级别低的和无保护的业务。这就是RPR基于源路由的保护切换和多等级可靠的QoS服务。

　　业务的等级分为四等，结合帧结构中的MPLS标签的CoS字节标识：

* 快速传送业务。具有严格的时延、抖动和保护、时钟同步。可以传送实时性E1语音业务和图像业务。

* 保障传输业务1。用于对时延和抖动无特殊要求，但有带宽承诺，无突发的图像、数据业务。

* 保障传输业务2。用于有带宽承诺，突发型数据业务。采用尽力传送机制。

* 尽力传送业务。

　　快速扩展技术

　　数据业务用户通常抱怨要花太长的时间开通业务，例如对于DS1和DS3业务用户，需要6个星期到6个月的时间，而对于OC－3就要花费更长的时间，这些都由SDH的帧结构和电路交换的模型决定。

　　而RPR系统提供了一个非常简单的服务模型，环作为一个公共的传输媒介，所有的节点共享分组环上的所有带宽，每个节点可以预见自己可以利用的带宽，不需要一个点到点、连接到连接的计划和流量工程。网络运营商可以轻松地控制网络的流量和业务质量。RPR网络可以弹性分配业务，网络运营商可以为用户提供多种带宽的服务，如可以从1M升级到2M、5M、10M或更宽的带宽。

光以太网结构

　　RPR光环网采用双环的结构，在一个环上传送业务，在另一个环上反方向传送业务，并互相提供备份。
　　光以太网RPR可以看做由分布式网桥组成，RPR环上终端设备可以看做一个简单的以太网段，即RPR协议把光纤环转换成逻辑上的以太网段。当以太网的IP（或IPX或Apple Talk）信息到达RPR环上的NE端口时，RPR协议给它们分配带宽，剩余的带宽还可以提供给其他面向电路交换的传统业务使用。即可以高效地传输数据业务，也可以高效地传输实时性的语音业务。

　　在三种IP在WAN中传播的方案（Packet over SDH、ATM over SDH和光以太网RPR）中，RPR技术的成本最低，对现有的IP协议兼容，结合MPLS协议，可以提供多种业务。

摘自《通讯世界》